DE1627628C - Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelement, Verfahren zur Herstellung dieses Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelementes und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlungsheiz- oder Slrahlungskühlungswandelement mit einem flachen, dünnwandigen Metallblech, dessen eine Seile zu dem Raum hin frei liegt, der beheizt oder gekühlt werden soll, ein Verfahren zur Herstellung dieses Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelementes und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem derartigen Wandelement trägt die andere, nicht frei liegende Seite des Metallbleches Rohrleitungen und durch diese Rohrleitungen hindurch wird ein Wärmeaustauschmedium umgewälzt, wobei dieses Wärmeausiauschmediuin die Wandung erhitzt oder kühlt. Hierdurch wird der Raum, dem die andere Seite der Wandung zugekehrt ist, durch Wärmestrahlung erhitzt, oder er wird abgekühlt.

In der USA.-Patentschrift 2795 035 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlraumes beschrieben. Dieser Kühlraum weist ein Metallblech auf, an dem eine Kühlschlange befestigt ist, die als Verdampfer dient. Diese Kühlschlange ist am Blech mittels eines synthetischen Klebstoffes befestigt. Zwisehen den langgestreckten Teilen der Kühlschlange befinden sich Distanzstangen. Die langgestreckten Teile der Kühlschlangen sind durch Kurvenstücke miteinander verbunden. Bei der Herstellung wird auf die Kühlschlange anfangs ein verhältnismäßig geringer Druck ausgeübt, um eine leicht gebundene Baugruppe herzustellen. Diese Baugruppe wird dann zu einer Härtungspresse gebracht, die Preßplatten aufweist, die durch Dampf erhitzt werden. Unter dem Betriebsdruck der Presse wird die weiche Kühlschlange etwas abgeflacht, wobei die Abflachung von der Dicke der Distanzstücke oder Distanzstangen abhängt, die Anschläge für das Schließen der Presse bilden, wenn die obere Pressenplatte diese Anschläge erreicht. Die Verformung der weichen Kühlschlange dient zu verschiedenen Zwecken. Es sollen Unregelmäßigkeiten in der Kühlschlange ausgeschaltet werden, die durch die Herstellung der Kühlschlange oder bei der Verformung eines Rohres zur Kühlschlange auftreten können. Das Rohr wird in Kon-

takt mit dem Blech gedrückt. Die Abflachung soll die Kontaktfläche zwischen den Teilen erhöhen und den Wärmeaustausch verbessern. Druck und Deformation bei der Härtungstemperatur bewirkt, daß ein großer Teil des Kunststoffes aus der Kontaktzone

herausgedrückt wird und zwar in die Bereiche zwischen den unleren Abschnitten des Rohres und dem Blech. Obwohl die erhitzten Platten des Rohres den Kunststoff erhitzen, besteht der Zweck des Betriebs-

druckes lediglich darin, das Rohr so weit zu verformen, wie es die Distanzstücke zulassen, und dabei wird der flüssige Klebstoff aus dem Kontaktbereich zwischen dem Rohr und dem Blech zwangläufig herausgedrückt.

Das Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelement der eingangs beschriebenen Art soll insbesondere in Bauten verwendet werden, wobei in diesen Bauten die freiliegende Fläche sichtbar ist. Bei einer derartigen Verwendung als struktureller Bauteil würde ein Auftreten von Verwerfungen diese Platte ungeeignet machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelement zu schaffen, bei dem die Kühlschlange mit einer wärmeleitenden Metall-Metall-Verbindung mit dem Blech verbunden ist und bei dem keine Verwerfungen auftreten, und ferner soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Strahlungsheizoder Strahlungskühlungswandelementes und eine* Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Erfindungsgemäß ist die Rohrleitung über die gesamte Länge mit dem Metallblech durch eine Lötoder Schweißmasse verbunden, und das Metallblech ist frei von Verwerfungen. Durch die Lötmassenverbindung ergibt sich eine gute Wärmeübertragung zwischen der Rohrleitung und dem Metallblech.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf das Metallblech die Lot- oder Schweißmasse bandförmig aufgelegt und darauf oder neben die Rohrleitung aufgelegt, und das Metallblech wird unter einem gleichförmigen Druck im wesentlichen über die gesamte, nicht von der Rohrleitung besetzte Fläche eingespannt, und die Rohrleitung wird mittels eines elastischen Druckes gegen das Metallblech angedrückt, und es wird auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Lot- oder Schweißmasse erhitzt und anschließend auf eine Temperatur unterhalb deren Erstarrungstemperatur. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, daß das Metallblech frei von Verwerfungen bleibt.

Mit besonderem Vorteil kann das Metallblech ein Aluminiumblech sein und die Rohrleitung eine Kupferrohrleitung. Dabei kann mit Vorteil die erste Erhitzungstemperatur 266° C und die zweite Erhitzungstemperatur 149° C betragen.

Vorteilhafterweise kann eine Einspannvorrichtung vorgesehen sein, die eine flache Metallplatte aufweist, und die Platte kann eine Breite und eine Länge haben, die im wesentlichen gleich der Breite und der Länge des Metallbleches ist, und es kann ein Block aus einem nichtmetallischen Material an der Unterseite der Platte befestigt sein, und dieser Block kann auf seiner Unterseite Aussparungen aufweisen, die so geformt sind, daß diese die Rohrleitung aufnehmen, und dieser Block hat eine Tiefe, die größer ist als der Durchmesser der Rohrleitung, und ein elastisches Kissen kann in der Aussparung befestigt sein, und dieses elastische Kissen kann einen Druck gegen die Rohrleitung ausüben, wenn sich die Rohrleitung in der Aussparung befindet und die Ebene der Unterseite der Einspannvorrichtung berührt. Dabei kann mit Vorteil das elastische Kissen eine Dicke aufweisen, die größer ist als die Differenz zwischen der Tiefe der Aussparung und dem Durchmesser der Rohrleitung. Mit besonderem Vorteil kann die Aussparung sinusförmig ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist der Aufbau, wenn eine Zusammenbaustation, eine Heizstation und eine Kühlstation vorgesehen ist, wenn jede Station eine metallische Platte aufweist, wobei diese Metallplatten flache obere Oberflächen aufweisen, die in einer Reihe in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind, und es kann ein metallisches Förderband vorgesehen sein, welches so angeordnet ist, daß es über die Platten zwischen den Stationen verläuft,

ίο und es können Einrichtungen vorgesehen sein, die die Platte in der Heizstation auf eine Verbindungstemperatur erhöhen und die die Platte in der Kühlstation auf eine geringere Temperatur erhitzen.
Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung des Elementes,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung und

F i g. 3 eine Querschnittansicht auf der Linie 3-3 von Fig.2 in stark vergrößertem Maßstab, welche Einzelheiten der zur Ausführung der Erfindung verwendeten Einspannvorrichtung zeigt.

Es wird eine Einspannvorrichtung dazu verwendet, das Rohr und das Blech zusammenzusetzen. Die Einspannvorrichtung weist eine Platte aus einem Metall auf, welches sich bei den während des Lötens oder Hartlötens auftretenden Temperaturen nicht verzieht. An der Unterseite der Metallplatte ist ein Block mit den gleichen Abmessungen wie die der Platte befestigt, der aus einem nichtmetallischen Material besteht und eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, jedoch mechanisch ausreichend fest ist, um bei den beim Löten oder Hartlöten auftretenden Temperaturen seine Form ohne Verziehen beizubehalten. Die Einspannvorrichtung hat in horizontaler Richtung mindestens die gleichen Abmessungen wie das Blech, mit dem das Rohr verbunden werden soll. Die Unterseite des nichtmetallisehen Blocks weist eine oder mehrere Vertiefungen mit einer ausreichenden Breite auf, um den mit dem Blech zu verbindenden Teil aufzunehmen und eine Tiefe, die größer ist als die Dicke des mit dem Blech zu verbindenden Teils. Innerhalb der Vertiefung oder der Vertiefungen ist ein elastisches Polster befestigt, dessen Dicke größer ist als die Differenz zwischen der Tiefe der Vertiefung oder Ausnehmung und der Dicke des Teils, welches mit dem Blech verbunden werden soll.

Die Vorrichtung besteht aus drei flachen Stahlblöcken, deren oben liegende Oberflächen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen und die in einer Reihe angeordnet sind mit einem dünnen Metallband von guter Wärmeleitfähigkeit, welches so angeordnet ist, daß es über die oberen Oberflächen der Blöcke läuft. Der erste Block dient als Zusammenbaustation, in der das Blech, das Lot- oder Hartlot- bzw. Schweißmaterial und das Rohrmaterial mit der Einspannvorrichtung zum Löten oder Hartlöten oder Schweißen zusammengesetzt wird. Das Band wird dann so eingerichtet, daß es die zusammengesetzte Baugruppe einer Heizstation am zweiten Block zuführt, in der die Baugruppe auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der verwendeten Lot- oder Hartlötmasse erhitzt wird. Das Förderband fördert dann die Baugruppe zu einer Kühlstation auf dem dritten Block, in der die Baugruppe zwar noch erhitzt wird, aber auf eine Temperatur unter der Verfe-

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stigungstemperatur der verwendeten Lot- oder Hart- Drahtes aufgebracht werden. Mit der Bezeichnung

lötmasse. »Streifen« soll in Zusammenhang mit der Lot- oder Die Zusammenbaustation ist in F i g. 1 mit A be- Schweißmasse die Form eines Bandes oder Drahtes

zeichnet, die Heizstation mit B und die Kühlstation umfaßt werden. Falls die Masse die Form eines Ban-

mit C. In jeder Station befindet sich ein flacher 5 des aufweist, wird das Rohr 15 auf das Band gelegt,

Block 10, 11, 12 aus gehärtetem Stahl von gleichmä- und wenn sie in Form eines Drahtes vorliegt, wird

ßiger Dicke mit flachen oberen und unteren Oberflä- der Draht in solcher Weise zurechtgelegt, daß sich

chen. Über diesen drei Blöcken, deren obere Ober- das Rohr 15 an einer Seite oder beiden Seiten an den

flächen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene Draht fügt.

liegen, befindet sich ein Förderband 13. Das Förder- io Die Einspannvorrichtung 14 α wird dann über die

band 13 muß eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen Zusammensetzung aus Blech, Rohr und Lot- oder

und kann aus perforiertem Aluminium mit einer Schweißmasse gelegt, so daß das Rohr 15 infolge der

Dicke von 0,813mm bestehen. In Fig. 1 werden die Elastizität des Streifens oder Kissens 21 ,gegen das

Einspannvorrichtung und die darin zusammenzuset- Blech 16 gepreßt wird.

zenden Teile allgemein mit 14 α bei der Zusammen- 15 Wenn die in F i g. 3 erläuterte Baugruppe vollstänbaustation^4 bezeichnet, und in gestrichelten Linien dig ist, wird das Förderband 13 so vorwärtsbewegt, wird die Einspannvorrichtung bei 14 b auf der Heiz- daß die Einspannvorrichtung, das Blech und das station B gezeigt und bei 14 c auf der Kühlstation C. Rohr zur Station B gebracht werden. Bei der oben Als Beispiel wird in Fig. 2 bei Station/i ein beschriebenen speziellen Lötmasse wird der Block 11 Rohrstück 15 mit wellenförmig gebogener Forrn, ge- 20 auf eine Temperatur von etwa 266° C erhitzt. Diese zeigt, welches mit dem Aluminiumblech verbunden Temperatur liegt über dem Schmelzpunkt der verwerden soll, welches in den F i g. 1 und 3 mit 16 be- wendeten Lötmasse, jedoch unter dem Schmelzpunkt zeichnet wird. Die spezielle Form des Rohres wird des Aluminiumbleches und des Kupferrohres und nanatürlich nur beispielsweise gezeigt, und das Rohr türlich des Förderbandes 13. Es ist günstig, bei der kann jede gewünschte Zahl von Windungen aufwei- 25 Station B den Einheitsdruck auf dem Blech 16 zu ersen. höhen, wozu ein zusätzliches Gewicht auf die Obcr-Fig.3 zeigt die Art des Zusammensetzens des seite der Einspannvorrichtung gestellt werden kann. Rohres 15 und des Blechs 16 mit der Einspannvor- Bei den oben beschriebenen, speziellen Materialien richtung 14 σ. Die allgemein mit 14 a bezeichnete wird die Baugruppe 14 b an der Station B ungefähr Einspannvorrichtung besteht aus einer Metallplatte, 30 3 Minuten belassen. Wenn die Lot- oder Schweißdie beispielsweise eine Aluminiumplatte 17 sein masse 22 schmilzt, preßt die Elastizität des Streifens kann. An der Platte 17 ist mittels der Bolzen 18 ein oder Kissens 21 das Rohr 15 weiterhin nach unten. Block 19 aus einem nichtmetallischen Material befe- so daß letztlich das Rohr 15 mit dem Blech 16 auf stigt, welches eine verhältnismäßig schlechte Wärme- einer Linie in Berührung kommt, wobei die Lötleitfähigkeit aufweist, dessen mechanische Festigkeit 35 masse auf beiden Seiten des Rohres zwischen Rohr jedoch ausreicht, um seine Form bei den Lot- oder und Blech Kehlnähte bildet, wie aus F i g. 3 deutlich Schweißtemperaturen ohne Verziehen aufrechtzuer- zu erkennen ist. Wenn die Lötmasse in Form eines halten. Beispielsweise kann der Block 19 aus Asbest- Drahtes vorliegt, wird das Rohr natürlich anfänglich fasern und einem anorganischen Bindemittel herge- gegen das Blech gepreßt, und wenn die drahtförmige stellt sein. 40 Lötmasse schmilzt, fließt sie ein und bildet auf bei-Die Unterseite des Blockes 19 weist Vertiefungen den Seiten des Rohres in gleicher Weise Kehlnähte. 20 auf, und aus F i g. 2 geht hervor, daß die Vertie- Mit dem oben beschriebenen speziellen Lötmittel fung 20 eine solche Form aufweist, daß das vorher und Flußmittel erhält man eine gute Benetzung, und gebogene Rohrstück 15 in die Vertiefung paßt. Wie nach etwa 3 Minuten ist die Zusammensetzung fertig aus F i g. 3 hervorgeht, weist die Vertiefung 20 eine 45 zum Kühlen.

solche Breite auf, daß sie das Rohr 15 bequem auf- Das Förderband wird dann erneut bewegt, um die nehmen kann, und ihre Tiefe ist größer als der Baugruppe in die mit 14 c bezeichnete Position bei Durchmesser des Rohres 15. Am Grund der Vertie- der Station C, welche die Kühlstation darstellt, zu fung 20 sind ein oder mehrere Streifen 21 aus einem bringen. Es wurde gefunden, daß es von ausschlaggeelastischen Material befestigt, welches seine Elastizi- 50 bender Bedeutung ist, das Abkühlen der Lot- oder tat bei den Lot- bzw. Schweißtemperaturen auf- Schweißmasse bis auf die Verfestigungstemperatur zu rechterhält. Beispielsweise kann der Streifen 21 aus regeln, wenn ein Werfen oder Verziehen des Blechs Silikonkautschuk mit einer Durometerhäte von 30 16 verhütet werden soll. Es besteht eine Maximalbestehen. Die Dicke des Streifens oder Kissens 21 ist temperaturdifferenz zwischen Block 11 und Block größer als die Differenz zwischen dem Durchmesser 55 12, oberhalb welcher ein Verziehen oder Werfen des des Rohres 15 und der Tiefe der Vertiefung 20. Blechs 16 auftritt. Die maximale Temperaturdiffe-Beim Zusammenbau des Rohres und des Bleches renz muß für jede Kombination von Material und zum Verlöten oder Verschweißen wird das Blech 16 Dicke des Blechs und Material und Abmessungen zurechtgelegt, worauf das Lot- oder Schweißmittel an des linearen Bauteils experimentell bestimmt werden, den Stellen auf das Blech gebracht wird, an denen 60 Daher stellt die Station C in Wirklichkeit ebenfalls das Rohr befestigt werden soll. Die Lot- oder eine Heizstation dar, da der Block 12 erhitzt wird Schweißmasse wird in Fig.3 mit 22 bezeichnet, wo- und zwar bei der speziell beschriebenen Baugruppe bei natürlich zusammen mit dem Material 22 auch auf eine Temperatur von etwa 150° C. Mit der speein geeignetes Flußmittel angewendet wird. In der ziellen Lötmasse und den oben beschriebenen Mate-Praxis wurde eine aus 91 % Zinn und 9% Zink zu- 65 rialien erstarrt die Lötmasse in ungefähr 2 Minuten, sammengesetzte Lötmasse benutzt, zusammen mit wenn Block 12 in Station C eine Temperatur von einem Flußmittel. Die Lot- oder Schweißmasse 22 150⁰C aufweist. Danach hat die Lötmasse ausreikann in Form eines Bandes oder in Form eines chende physikalische Eigenschaften entwickelt, um

eine Weiterbewegung der Baugruppe 14 c mit Hilfe des Förderbandes 13 zu einer Entnahmestation zuzulassen, wo die Einspannvorrichtung einfach abgehoben werden kann und die Zusammensetzung aus Blech 16 und Rohr 15 von der Vorrichtung weggenommen werden kann.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß das Blech 16 ab dem Zeitpunkt, zu dem die Einspannvorrichtung aufgelegt wird, auf seiner gesamten Fläche unbeweglich festgehalten wird, außer bei den Vertiefungen 20 zwischen der unteren Frontfläche des nichtmetallischen Blockes 19 und der oberen Frontfläche des Bandes 13, welches wiederum auf der Frontfläche der Blöcke 10, 11 bzw. 12 aufliegt, während das Rohr 15 mit dem Blech 16 in enger Berührung gehalten wird.

Es wurde festgestellt, daß eine sowohl vom mechanischen Standpunkt als auch vom Standpunkt der Wärmeübertragung aus ausgezeichnete Verbindung zwischen dem Aluminiumblech und dem Kupferrohr erhalten wird und das Aluminiumblech seinen hohen Grad an Ebenheit beibehält und sich in keiner Weise verzieht. Auf Grund des Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Aluminium des Bleches und dem Kupfer des Rohres ist es möglich, daß eine Abweichung von der Ebenheit

ίο auftritt, wenn die Zusammensetzung auf Raumtemperatur abkühlt; aber wenn eine solche Abweichung von der Ebenheit auftritt, erfolgt sie in Form einer gleichmäßigen, gleichgerichteten Krümmung mit großem Radius, die später durch einfaches Strecken beseitigt werden kann, wobei man das Blech 16 vollständig flach ohne Wellen, Biegungen oder andere Anzeichen eines lokalen Verziehens erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 586/205

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelement mit einem flachen, dünnwandigen Metellblech, dessen eine Seite zu dem Raum hin frei liegt, der beheizt oder gekühlt werden soll, und dessen andere Seite eine mittels Wärme und Druck befestigte Rohrleitung trägt, durch die hindurch zur Erhitzung oder Kühlung des Wandelementes ein Wärmeaustauschmedium umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (15) über die gesamte Länge mit dem Metallblech (16) durch eine Lot- oder Schweißmasse (22) verbunden ist und das Metallblech (16) frei von Verwerfungen ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsheiz- oder Strahlungskühlungswandelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Metallblech die Lot- oder Schweißmasse bandförmig aufgelegt wird, daß das Metallblech unter einem gleichförmigen Druck im wesentlichen über die gesamte nicht von der Rohrleitung besetzte Fläche eingespannt wird, daß die Rohrleitung mittels eines elastischen Druckes gegen das Metallblech angedrückt wird, daß auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Lot- oder Schweißmasse erhitzt und anschließend auf eine Temperatur unterhalb deren Erstarrungstemperatur erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech ein Aluminiumblech ist und daß die Rohrleitung eine Kupferrohrleitung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erhitzungstemperatur 266° C und die zweite Erhitzungstemperatur 149° C beträgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspannvorrichtung (14 a) eine flache Metallplatte (17) aufweist, daß diese Platte eine Breite und eine Länge hat, die im wesentlichen gleich der Breite und der Länge des Metallbleches ist, daß ein Block aus einem nichtmetallischen Material (19) an der Unterseite der Platte befestigt ist, daß dieser Block auf seiner Unterseite eine Aussparung (20) aufweist, die so geformt ist, daß diese die Rohrleitung (15) aufnimmt, daß dieser Block eine Tiefe hat, die größer ist als der Durchmesser der Rohrleitung, daß ein elastisches Kissen (21) in der Aussparung befestigt ist, daß das elastische Kissen einen Druck gegen die Rohrleitung ausübt, wenn sich die Rohrleitung in der Aussparung befindet und die Ebene der Unterseite der Einspannvorrichtung berührt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Kissen (21) eine Dicke aufweist, die größer ist als die Differenz zwischen der Tiefe der Aussparung und dem Durchmesser der Rohrleitung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung sinusförmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusammenbaustation (Λ), eine Heizstation (B) und eine Kühlstation (C) vorgesehen ist, daß jede Station eine metallische Platte (10, 11, 12) aufweist, daß diese Metallplatten flache obere Oberflächen aufweisen, die in einer Reihe in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind, daß ein metallisches Förderband (13) vorgesehen ist, welches so angeordnet ist, daß es über den Platten zwischen den Stationen verläuft und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Platte (11) in der Heizsiation (B) auf eine Verbindungstemperatur erhöhen und die die Platte (12) an der Kühlstation (C) auf eine geringere Temperatur erhitzen.